Создание и исследование полупроводниковых микро- и нанолазеров для схем интегральной фотоники

Целью научного исследования является разработка полупроводниковых микролазеров и нанолазеров на основе III-V материалов, излучающих в видимом и ближнем ИК-диапазонах, способных к высокоскоростной модуляции сигнала и совместимых с элементами кремниевой фотоники. Проект предполагает исследование новых полупроводниковых наноструктур AIIIBV, в том числе, созданных на кремнии; экспериментальное и теоретическое исследование особенностей динамики носителей заряда в наноструктурах с высоким временным разрешением; исследование взаимодействия света с резонатором, в том числе, формирование узкой резонансной линии. Особый интерес представляет исследование лазеров с высокими бета-факторами, в которых большая часть спонтанного излучения активной области связана с лазерной модой резонатора. В пределе, если бета-фактор стремится к единице, это приводит к беспороговой генерации. Поэтому задачами данного исследования также являются изучение особенностей генерации света в микро- и нанолазерах на квантовых точках с высоким временным разрешением, исследование быстродействия таких лазеров в нагруженном состоянии и без нагрузки, разработка методов интегрирования микролазеров в фотонные схемы. Будет выполнена оптимизация конструкции микролазеров для получения высоких частот модуляции (выше 20 ГГц), создание перспективных устройств и их интеграция с кремниевым волноводом на основе кремний на изоляторе (Si/SiO2, КНИ) подложке. При переносе микролазеров на иную подложку не рассматривались ранее вопросы, касающиеся повышения выходной мощности излучения, улучшения направленности излучения, быстродействия и подавления боковых мод, а важные для безошибочной оптической передачи данных вопросы оптических шумов вообще не ставились в отношении дисковых микролазеров. Для ряда прикладных применений (генерация стабильных оптических импульсов, многоканальная оптическая связь) актуальна также задача увеличения числа одновременно излучаемых микролазером мод и повышение однородности их интенсивности за счет увеличения ширины спектра усиления активной области. Задачи научного исследования. - создание микролазеров дисковой геометрии, пригодных к передаче данных и интегральной реализации в фотонных схемах для управления светом (передача, усиление, модуляция света); - исследование временных особенностей процессов захвата и рекомбинации носителей в активной области микролазеров; - исследование возможности передачи данных с помощью разработанных микролазеров с направленным выводом излучения; - исследование частотного отклика, шумовых и деградационных характеристик изготовленных микро- и нано-лазеров; - исследование деградационных характеристик, оценка срока службы, выявление доминирующего механизма деградации; - исследование оптических характеристик новых типов наноструктур на основе III-N соединений, излучающих в УФ и видимом диапазонах; - исследование возможности создания микролазеров на основе разработанных III-N соединений, работающих в УФ и видимом диапазонах; - разработка, создание и исследование волноводных структур для фотонных интегральных схем; - моделирование процессов, происходящих в полупроводниковых материалах и наноструктурах и их взаимосвязь с характеристиками устройств на их основе.